炉温控制实验报告

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1、炉温控制实验报告实验时间：2008.11.2-2008.11.23实验人：刘大树一实验目的：1.通过实验进一步加深对PLC的工程应用的理解，了解PLC在工业控制方面的优点；2.学会运用自动控制原理的理论知识来设计所需的系统，特别是根据系统的性能设计相应的校正环节，即PID控制环节，能通过实验深入了解PID控制的应用和PID参数的确定方法；3.通过实验熟悉工业控制设计的一般步骤，从建模到参数确定，再到物理实现，能对每个环节有较深入的了解，从而类化到其他控制系统；4.加深对系统架构的认识，能根据系统的性能设计系统的各个环节，并能协调各环节使之达到设计要求。二实验器

2、材：1.硬件：SIMATICS7-224PLC一部，KENWOOD电阻式加热炉一台，固体继电器一部，EM231温度扩展模块，计算机；2.软件：SIMATIC-STEP7-Micro/WIN编程软件。三实验原理：1.控制原理：由于炉温系统中的被控对象为电阻式加热炉，其输入只有电压，因此只能根据烤炉温度来调整电压的输入，用占空比的形式按周期输入电压能完成控制。具体就是系统根据烤炉温度计算出该加热时间然后转化为占空比，如计算出加热时间为5秒，控制周期选择为10秒，则在5秒内给烤炉供电而剩余5秒断电，即占空比为50%输入从而完成对烤炉电压输入。而核心部分为能根据烤炉的

3、当前温度和设定值计算该加热的时间，相当于加入的校正环节，此环节采用PID控制。即当控制系统的性能指标不能满足生产要求或希望在不同的生产过程中各项性能指标能够调整，通过调整控制器本身的参数来满足设计需要。2.PLC中PID的控制原理：PID指令是建立在PID算法基础上的，它实现的是一种数学运算功能。使用该指令可使PLC控制系统的PID算法编程方便快捷。其中P表示比例运算，I表示积分运算，D表示微分运算。有关PID控制算法和PID指令详细介绍如下：（1）PID算法：PID算法是过程控制系统中技术成熟，应用广泛的一种控制方法，它是基于单变量系统设计技术，并经过长期的

4、工程时间而总结出来的一套行之有效的控制方法。图1-1是具有比例，积分和微分控制的PID控制框图.在图1-1中，e是回路偏差，它是PID控制环节的输入量，也就是下面所介绍的给定量（SP）和过程量（PV）之差，M(t)是由e通过PID运算后多得到的函数。其中：--回路比例增益；--积分时间常数；--微分时间常数。在上述的闭环控制系统中，PID控制环节的输入和输出关系为：；（1）输出=比例项+积分项+微分项。式中：--回路控制算法的输出，是时间函数；--回路增益；e---回路偏差（给定量和过程变量之差）；--积分项系数；--回路控制算法输出的初始值；--微分项的系数

5、。式（1）的函数是模拟量控制关系式，要想在数字式的计算机上实现这一控制算法还需要将上式模拟量进行离散化处理，即对回路偏差e进行周期采样并计算输出值。离散形式的PID控制关系式可以表示为：；式中：--第n个采样时刻计算出的控制回路输出值；--第n个采样时刻的回路偏差（给定量和过程变量之差）；--上一个采样时刻的回路偏差。在S7-200系列PLC中，PID指令没有设置控制方式，只要流向PID方框的“能流”有效就执行PID指令。通常所说的自动就是周期性地执行PID运算；而手动则指不执行PID运算的情况。PID指令具有一个内部的“得电”记录位，类似计数器的指令。PID

6、指令利用这一记录来检测是否有0到1的跳变，若检测到有就会执行一系列的动作来提供一个无扰动的手动到自动的切换过程，即开始执行PID算法控制。为了保证向自动模式的切换无冲击在手动模式中设定的输出值必须作为PID指令的一个输入，之后才可以切换到自动模式。PID指令为此而完成一如下的一系列动作：1）使（给定值）=（过程变量）；1）使（前一次过程变量）=；2）使MX（积分和）=（输出值）。PID指令记录位的默认为1，在CPU启动和每一次由STOP到RUN的工作模式开关切换时都置为之一默认值，如果在RUN模式时第一次执行PID指令则这一记录位不会出现0到1的跳变，故在此时

7、不会自动执行无扰动的自动切换功能。（2）回路输入的转换及归一化处理：每个PID回路具有两个输入量，即给定量和过程变量。给定量通常为一固定值，过程变量与PID回路输出有关并反映了控制的效果。给定值和过程变量都是实际的工程量，其幅值范围和测量单位都不一样，因此在实施PID算法之前必须将这些值转化为无量纲的归一化纯量和浮点数形式。首先应将工程实际值由16位整数转化为浮点数，即实数形式，然后将实数格式的工程实际值转化为[0.0，1.0]之间无量纲的相对值，即归一化格式。将给定值和过程变量进行归一化处理：；式中：--工程实际值的归一化值；--工程实际值的实数形式值，未归

8、一化处理；--最大允许值减去最小允许值